Étapes de la transmission des signaux au niveau des synapses chimiques (Purves et coll., 2015) :

1. Arrivée d’un signal électrique

L’événement déclencheur est l’arrivée d’un signal électrique (appelé potentiel d’action) dans les boutons terminaux du neurone présynaptique, soit le neurone qui transmet le message.

2. Entrée de calcium (Ca²⁺) dans les boutons terminaux

Ce signal électrique engendre l’ouverture de canaux calciques situés dans la membrane des boutons terminaux (voir figure 1), ces canaux étant activés par le voltage. Leur ouverture permet l’entrée rapide de Ca²⁺ (illustré par les billes roses sur la figure) dans les boutons terminaux du neurone présynaptique. 

3. Fusion des vésicules synaptiques et libération des neurotransmetteurs

Des vésicules synaptiques (des sortes de petits sacs) contenant les neurotransmetteurs sont synthétisées par le neurone puis emmagasinées dans les boutons terminaux. Lorsque la concentration de Ca²⁺ augmente dans les boutons terminaux, un phénomène d’exocytose se produit, c.-à-d. que les vésicules synaptiques fusionnent avec la membrane du neurone présynaptique. Cette fusion engendre la libération des neurotransmetteurs dans la fente synaptique (voir figure 1, où les neurotransmetteurs sont illustrés en rouge/orange). 

4. Liaison des neurotransmetteurs aux récepteurs et ouverture des canaux post-synaptiques

Les neurotransmetteurs diffusent dans la fente synaptique et se lient aux récepteurs de la membrane du neurone post-synaptique (le neurone qui reçoit l’information). La liaison des neurotransmetteurs engendre l’ouverture ou la fermeture de canaux situés dans la membrane du neurone post-synaptique, selon le type de neurotransmetteur. En effet, y a une grande diversité de neurotransmetteurs (on en dénombre des centaines !). Certains sont excitateurs et d’autres inhibiteurs (c.-à-d. que certains neurotransmetteurs peuvent favoriser et d’autres freiner la propagation de l’influx nerveux).  La dopamine, la sérotonine, la noradrénaline, le glutamate, le GABA, l’acétylcholine et les endocannabinoïdes en sont quelques exemples. Les neurotransmetteurs ont des spécialités. Par exemple, l’acétylcholine est le principal neurotransmetteur utilisé dans le système moteur (spécialisé dans la commande des mouvements) et les fibres musculaires. Bref, l’ouverture ou la fermeture des canaux post-synaptiques engendrée par la liaison des neurotransmetteurs modifie la capacité des ions (illustrés en vert sur la figure 1) à traverser la membrane du neurone post-synaptique. La conductance du neurone post-synaptique est alors modifiée, ce qui augmente ou réduit sa probabilité d’émettre un signal électrique et de transmettre à son tour l’influx nerveux à d’autres neurones. 

5. Élimination ou dégradation des neurotransmetteurs et recyclage des vésicules

Les neurotransmetteurs résiduels sont ensuite détruits ou bien recapturés par le neurone présynaptique ou par des cellules gliales. Après la libération des neurotransmetteurs dans la fente synaptique, les vésicules synaptiques qui les contenaient sont recyclées en vue d’être réutilisées.

Il importe de mentionner qu’un même neurone peut libérer différents types de neurotransmetteurs. De plus, puisqu’un seul neurone peut recevoir de l’information en provenance de milliers d’autres neurones via ses synapses, c’est la somme des changements de conductance dans le neurone post-synaptique qui déterminera si ce neurone émettra ou non un signal électrique. On appelle ce phénomène la « sommation des potentiels post-synaptiques » (Purves et coll., 2015).

Dans le système nerveux, en plus des synapses chimiques, on retrouve également des synapses électriques. Celles-ci sont abondantes dans le système nerveux en développement, mais sont nettement minoritaires par rapport aux synapses chimiques dans le système nerveux adulte. On les retrouve dans plusieurs régions du système nerveux central, dont la rétine, les bulbes olfactifs, l’hypothalamus, le cervelet et le tronc cérébral (Meriney & Fanselow, 2019; Purves et coll., 2015). Les synapses électriques laissent passer les signaux électriques directement d’un neurone à l’autre, par le biais de jonctions communicantes, qui constituent des canaux spécialisés permettant un contact direct entre les neurones (en opposition aux synapses chimiques, pour lesquelles il n’y a pas de contact direct entre les neurones). Autre distinction entre les synapses chimiques et électriques : la transmission de l’information est unidirectionnelle pour les synapses chimiques, l’information circulant du neurone présynaptique vers le neurone post-synaptique, alors que l’échange d’information peut être bidirectionnel au niveau des synapses électriques. Les synapses électriques ont l’avantage de permettre à des groupes de neurones d’avoir une activité électrique synchronisée, essentielle pour des fonctions rythmiques telle la respiration, qui est régulée par le tronc cérébral (Purves et coll., 2015).

Au sein de notre laboratoire, nous utilisons une technique de stimulation du cerveau qui permet de modifier de manière temporaire la transmission de l’information entre les neurones, soit la stimulation magnétique transcrânienne (TMS). Comment la TMS peut modifier la transmission synaptique et le fonctionnement du cerveau fera l’objet d’un autre billet ! À venir !